曹元存
青海省海西蒙古族藏族自治州德令哈供水有限公司 青海，德令哈 817000
摘要：随着经济社会的发展与科学技术的进步，公众对于生活的要求逐渐提升，不仅关注温饱，更为关注生活的质量，尤其是更为关注水质。越来越多的工作人员也开始思考如何运用现代化技术优化水质监测工作，光谱分析技术就是其中一项技术。鉴于此，本文先是阐述了什么是光谱分析，又详细探究了水质监测中光谱分析的应用，仅供相关人员进行借鉴与参考。
关键词：光谱分析；水质监测；应用
1光谱分析的概述
光谱分析是一种常见的且应用较为广泛的物质分析技术方法，它是以不同物质的不同光谱特征为主要依据的，能对物质的结构、状态、组成成分进行有效的分析，具有灵敏性较强、操作简单便捷、分析速度较快、应用范围较广、准确性较强等诸多优势。随着经济社会的发展与科学技术的进步，工作人员对光谱分析理论与应用实践研究的不断深入，光谱分析得到了长远持续的发展，并广泛运用于环境保护、冶金工程、医药工程、生物化学、地质勘察等诸多领域。
1.1吸收光谱
众所周知,物质是由原子构成的。原子的主要结构包括位于中央的原子核和其外时刻在运动着的核外电子两部分。由能量最低原理,通常情况下原子处于能量都比较低的稳定状态,也称其为基态[1]。但当原子受到外界能量（如热能、电能等）的作用时,原子由于与高速运动的气态粒子和电子相互碰撞而获得了能量,使原子中外层的电子从基态跃迁到更高的能级上,处在这种状态的原子称激发态。如果原子中的核外电子由基态到激发态跃迁所需的能量是由光能提供的,且提供的能量数值上与某一能级能量与最低能基态的差相等时,原子就可以恰好将提供能量的光吸收。这样原来提供能量的光经分光后谱线中便缺少了一些特征光谱线,从而产生原子吸收光谱。吸收光谱原理是对样品进行检测时先让其变成蒸汽,明确要对哪种元素进行检测后进行操作,使蒸汽吸收预检测元素的特征光谱,通过剩下的强度计算被吸收的量,从而确定元素含量。
1.2 发射光谱
可以变成激发态的原子或分子的能量来源有电能、热能或光能。由于激发态的原子能量较高,因此将向能量低的能级跃迁或者返回到基态,这个过程经过的时间较长大概需要10-8s左右,所以激发态的原子或分子是极不稳定的。而在核外电子由能量高的层级跃迁到能量低的层级时,会以光的形式将过程中多余的能量散发出去,这就是原子发射光谱的具体过程。发射光谱在分析样品中的某个物质含量时是依照被测的不同分子或原子从激发态变成基态时所发出光的强度不同来计算的。与文章介绍的吸收光谱不同的是,吸收光谱是原子将辐射的能量进行了吸收所得,而发射光谱则是释放辐射能量。
1.3 散射光谱
当电磁波与物质发生接触时,一部分光子由于与物质发生碰撞偏离了最初的运动轨道而朝着不同方向传播,这时便发生了散射现象。印度科学家拉曼于1928年首先发现了这一现象,所以将散射时产生的光谱命名为拉曼散射光谱简称为拉曼光谱,而这种散射则命名为拉曼散射。对发生了碰撞产生反射的那一部分光子,将其命名为散射基元[2]。广泛意义上来说散射基元不仅可以是光子,还可以是构成物质的分子以及电子等。
2光谱分析在水质监测中的应用
2.1 紫外光谱分析
紫外可见光谱分析又被称之为“紫外可见分光光度分析”是分子光谱分析中的重要组成部分。对紫外可见光谱分析的工作原理进行分析可知：一般情况下，分子处于能量相对较低的稳定状态（基态），当分子接收到外界刺激时（如特定波长光的照射作用），分子能量级将发生跃迁。在此过程中整个分子发生运动，形图1 光谱分析法的分类简图成转动光谱（分子转动）、振动光谱（原子在平衡位置振动）、电子光谱（分子中电子跃迁运动）。由于分子中的电子跃迁所产生能量相对较大（1~20eV）且伴随着振动跃迁，需要吸收或发射一定波长的光。而研究发现吸收或发射的光，波长（200~800nm）范围位于紫外区、可见区。对此，根据物质分子这一特征，可建立紫外可见吸收光谱，进行物质及其组成的定量与定性分析。在水质监测过程中，紫外可见光谱分析的应用较为广泛。紫外可见光谱分析相对于传统化学分析法而言，其在水质监测中的有效应用，具有灵敏度高、分析速度快、精准度高、灵活性强、无污染等优势。但在实际应用过程中，紫外可见光谱分析所应用到的仪器成本相对较高，且在数据处理过程中，易出现数据丢失问题，影响水质监测准确性。对此，需要对紫外可见光谱分析做进一步改善，降低紫外可见光谱分析成本的同时，提升测定精度。
2.2 三维荧光光谱分析
三维荧光光谱分析是基于分子荧光光谱分析研究下形成的一种有机物质检测方法。通常情况下，三维荧光光谱又被称之为“激发-发射矩阵”（excitationemissionmatrix，简称“EEM”）。由光谱分析基本原理可知，光谱分析主要是根据物质光谱特征进行物质及其组成的识别与鉴定。包括吸收光谱、发射光谱、散射光谱等[3]。而上文中提到的紫外可见光谱分析则属于吸收光谱分析。三维荧光光谱分析虽与紫外可见光谱分析同是分子光谱分析，但属于发射光谱分析。进行水质检测时，三维荧光光谱分析工作原理主要为：通常情况下，当物质接收到光的照射之后，会吸收一部分入射光。在入射光作用下物质分子由基态进入激发状态，即分子从低能级向高能级跃迁。在此过程中，产生一定能量差。而这部分能量差可用分子吸收入射光的光子能量表示。目前，在水质监测中，荧光光谱分析，常用于水中有机污染物的测定，对水污染治理效果评估存在积极影响。有机物定量检测、异常检测、分类识别已经成为三维荧光光谱分析较为常用的几种方法，能够在“光谱预处理—特征提取—异常识别”过程中，有效反映水质有机物情况，为饮水安全管理提供技术保障。
结语
总而言之，光谱分析已经成为了现阶段水质监测工作中的应用较为广泛，光谱分析可以分为诸多种类，如荧光分析法、紫外光谱法等，不同种类的技术都有自身的独特优势与相应的局限性但都对水质监测工作质量、效率的提升与饮水安全的保障具有十分重要的意义。因此，工作人员要针对不同的水质监测工作需求选择针对性的光谱分析技术，必要时可以综合运用多项光谱分析技术以实现优势互补。
参考文献：
[1]李晓静,王晓杰,王爽,李雅芙. 光谱分析在水质监测中的应用进展[J]. 盐科学与化工,2019,48(09):12-16.
[2]梁茜,徐国成. 探究光谱分析在水质监测中的应用[J]. 江西化工,2019(06):32-33.
[3]吴琼,王莹,龚畅,杜勇. 基于紫外光谱分析的水质监测技术研究[J]. 低碳世界,2020,10(11):17-18.